- •Сибирский государственный
- •Предисловие
- •Введение
- •Советы студентам
- •Правила техники безопасности при работе в термической и металлографической лабораториях.
- •Лабораторная работа № I макроскопический метод исследования металлов и сплавов
- •Теоретические сведения Характеристика макроанализа и области его применения
- •Макроанализ изломов
- •Макроанализ шлифов
- •Выявление ликвации серы
- •Выявление ликвации фосфора
- •Выявление макроструктуры
- •Выявление дефектов, нарушающих сплошность металла
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Варианты заданий
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2 микроскопический анализ машиностроительных материалов
- •Теоретические сведения Принцип действия светового микроскопа
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа №3 механические свойства сплавов
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа №4 построение диаграммы состояния сплавов «олово - цинк» термическим методом
- •Теоретические сведения Назначение и сущность термического анализа
- •Экспериментальная часть работы
- •Методика построения диаграммы состояния сплавов «олово цинк»
- •Изучение процессов кристаллизации и микроструктур сплавов «олово - цинк»
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №5 изучение диаграмм состояния двойных систем
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Приложение I
- •Лабораторная работа № 6 изучение диаграммы состояния сплавов железа с углеродом
- •Теоретические сведения Основные свойства железа
- •Диаграмма фазового равновесия «железо - углерод»
- •Основные фазы, области, линии и точки диаграммы
- •Построение кривых охлаждения сплавов заданной концентрации с использованием диаграммы состояния
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7 изучение микроструктуры углеродистых сталей и чугунов в равновесном состоянии
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Изучение микроструктуры легированных сталей в равновесном состоянии
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа №9 термическая обработка углеродистых сталей
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа № 10 изучение микроструктур сплавов на основе алюминия
- •Теоретические сведения
- •Принципы термического упрочнения алюминиевых сплавов
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа №11 изучение микроструктуры сплавов на основе меди
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12 изучение микроструктуры сплавов на основе титана
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Структура композитов с полимерной матрицей
- •Композиты с металлической матрицей
- •Определение объемной доли волокон в композите методом количественной металлографии
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 14 изучение структуры металла после пластической деформации и рекристаллизации
- •Теоретические сведения Влияние пластической деформации на структуру и механические свойства металлов и сплавов
- •Превращения в наклепанном металле при нагреве. Изменения его структуры и свойств
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные задания
- •Контрольные вопросы
Превращения в наклепанном металле при нагреве. Изменения его структуры и свойств
Наклепанный металл термодинамически неустойчив, стремится возвратиться в первоначальное, равновесное состояние, восстановить свою структуру и свойства. При низких температурах (не более 0,1 Тпл) этот процесс затруднен и наклепанное состояние может сохраняться довольно долго.
При нагреве пластически деформированного металла сообщаемая ему тепловая энергия повышает амплитуду колебаний атомов, вследствие чего повышается их диффузионная подвижность. При невысоком нагреве (0, 2 - 0,3 Тпл) за счет активизации процессов самодиффузии происходит перераспределение точечных и линейных дефектов в каждом зерне. Часть из них перемещается на границы зерна, часть аннигилирует, а часть перестраивается, образуя дислокационные стенки, т. е. границы субзерен. Уменьшение общей плотности дефектов строения, снижение внутренних напряжений сопровождается незначительным (на 10 - 15% от наклепанного) снижением прочностных свойств при одновременном повышении пластичности. Заметных изменений микроструктуры при таком нагреве не происходит (рис. 14. 3).
При более высоком нагреве (0,3 - 0,4 Тпл) поисходит резкое изменение микроструктуры и механических свойств. На базе вытянутых в направлении деформирования зерен (волокон) зарождаются и вырастают новые равноосные зерна с меньшим количеством дефектов. Это явление носит название рекристаллизации. Размер рекристаллизованных зерен значительно зависит от степени предшествующей пластической деформации. Как видно на рис. 14.4, он может оказаться больше или меньше первоначального. Объясняется это явление тем, что при малых (5 - 15%) деформациях возникает мало зародышей рекристаллизации и зерна вырастают очень крупными. Такую степень деформации называют критической (εкр). При дальнейшем увеличении степени деформации размер рекристаллизованных зерен уменьшается. Величина зерна оказывает большое влияние на свойства металла. Мелкозернистый металл обладает повышенной прочностью и вязкостью (стойкостью к удару). Если степень деформации очень мала (меньше εкр), малы искажения решетки, исходные границы между зернами не разрушены и рекристаллизации не происходит.
Во время рекристаллизации происходит снижение плотности дислокации до первоначального (106 - 118см-2 ) уровня и высвобождается накопленная в процессе холодной пластической деформации энергия. Наклеп практически полностью снимается, и пластичность металла восстанавливается (рис. 13.3). Наименьшую температуру начала рекристаллизации называют температурным порогом рекристаллизации. Для технически чистых металлов она составляет около 0, 4 Тпл, для очень чистых металлов до 0,1 - 0, 2 Тпл, а для сплавов возрастает до 0, 5 - 0, 6 Тпл. Чтобы обеспечить полноту снятия наклепа и высокую скорость процесса рекристаллизации, деформированный металл нагревают на 150 - 200 градусов выше порога рекристаллизации.
Если пластическую деформацию проводить выше порога рекристаллизации, то процессы наклепа и рекристаллизация будут протекать одновременно, в результате чего в деформированном металле остаточного наклепа может не быть. Такую деформацию называют горячей.
Рис. 14.3. Схема изменения свойств и структуры наклепанного металла при нагреве:
I - возврат; П - первичная рекристаллизация;
Ш - собирательная рекристаллизация; IV - вторичная рекристаллизация;
а - наклепанный металл; б - начало первичной рекристаллизации; в - завершение первичной рекристаллизации; г - собирательн ая рекристаллизация; д - вторичная рекристаллизация д - вторичная рекристаллизация
Рис. 14. 4. Влияние степени холодной деформаций на величину зерна при рекристаллизации:
α0 - размер исходного зерна
Во время длительной выдержки при температуре выше порога рекристаллизации будет происходить рост одних рекристаллизо-анных зерен за счет других. Это явление носит название собирательной рекристаллизации (рис. 13. 3, г), а его движущей силой является стремление металла как термодинамической системы, к снижению уровня зернограничной энергии. Крупнозернистый металл имеет меньшую суммарную поверхность границ, чем мелкозернистый, поэтому и уровень свободной энергии у него меньше.